Miller mit Wasser: wie sich die Maßnahmen ergänzen

Vier Maßnahmen verschieben die Klopfgrenze des aufgeladenen Ottomotors: Miller-Steuerzeiten, gekühlte Abgasrückführung, Vorkammerzündung und Wassereinspritzung. Die ersten drei gehören heute zur Grundausstattung moderner Brennverfahren.

Sie haben aber alle drei dieselbe Grenze: Ihre Wirkung nimmt mit steigender Last ab – genau dort, wo die thermische Belastung am größten ist. Wassereinspritzung verhält sich umgekehrt. Ihre Wirkung wächst mit der Last, weil sie an der eingebrachten Kraftstoffmasse skaliert. Im oberen Lastbereich ist sie deshalb keine Konkurrenz zu den anderen drei, sondern deren Fortsetzung.

Dieser Beitrag gehört zum Themenbereich Wassereinspritzung im Verbrennungsmotor.

Was Wassereinspritzung leistet und keine Alternative erreicht

Innenkühlung in einer Größenordnung, die kein anderes Verfahren bietet. Wasser hat eine spezifische Verdampfungsenthalpie von rund 2.257 kJ/kg, knapp das Sechsfache von Benzin. Ladeluftkühlung arbeitet gegen ein Temperaturgefälle und endet bei der Kühlmitteltemperatur; Abgasrückführung bringt Wärmekapazität, aber keine Verdampfungsenthalpie. Nur Wasser entzieht der Ladung Wärme im Zylinder, in dieser Höhe, und verbraucht dafür keinen Kraftstoff.

Wirkung im Volllastbereich, wo die Alternativen aussteigen. Gekühlte Abgasrückführung ist dort begrenzt, weil jede zurückgeführte Abgasmasse Ladungsmasse und damit Leistung kostet. Miller-Steuerzeiten stoßen an die Aufladegrenze. Wassereinspritzung setzt genau dort an.

Thermischer Bauteilschutz als unmittelbarer Lebensdauerhebel. In eigenen Messungen sank die Abgastemperatur vor Turbine um 43 bis 92 °C. Für Anwendungen mit Dauerhochlast ist das kein Nebeneffekt, sondern das Hauptargument – und keine der drei Alternativen liefert an dieser Stelle einen vergleichbaren Betrag.

Ersatz der Kühlanfettung, die unter Euro 7 entfällt. Wasser übernimmt genau die Funktion, die der überstöchiometrische Kraftstoffanteil bisher erfüllt hat: Innenkühlung und Absenkung der Abgastemperatur, ohne den Verbrauch und die CO-Rohemission dafür zu bezahlen. Gemessen wurden 7,4 % weniger Kraftstoffverbrauch und 69 % weniger Stickoxide gegenüber dem angefetteten Serienbetrieb am identischen Betriebspunkt.

Alle Messergebnisse mit Bezugsbasis

Wo die vier Maßnahmen wirken

Volle Fläche: wirksamer Bereich, blasse Fläche: Wirkung nimmt ab. Die Maßnahmen ergänzen sich; bei hoher Leistungsdichte bleibt Wassereinspritzung als einziger Hebel mit vollem Betrag. Qualitative Einordnung, eigene Darstellung.

In der Teillast tragen Miller-Steuerzeiten, Abgasrückführung und Vorkammerzündung. Ab der oberen Last kommt Wassereinspritzung hinzu, und im rechten Bereich – hohe spezifische Leistung, Dauerhochlast – bleibt sie als einziger Hebel mit relevantem Betrag übrig.

Wassereinspritzung ist ein Systemthema: Tank, Medienstrecke, Wasserqualität nach ISO 31120-1, Frostschutz- und Entleerungsstrategie, Befüllung und Diagnose. Diese Systemkette ist heute beherrscht – der BMW M4 GTS hat ihre Serientauglichkeit bewiesen, und sie ist das Arbeitsgebiet von TESONA.

Der Sonderfall Miller: nicht Konkurrenz, sondern Ergänzung

Miller-Steuerzeiten verschieben die Klopfgrenze durch ein früh oder spät schließendes Einlassventil, das den effektiven Kompressionsenddruck senkt, während das geometrische Verdichtungsverhältnis hoch bleibt. Der Wirkungsgradgewinn entsteht aus dem Verhältnis von Expansion zu Kompression und wirkt über das gesamte Kennfeld.

Der reduzierte Liefergrad kostet allerdings Ladungsmasse und damit Leistungsdichte. Das lässt sich durch mehr Ladedruck kompensieren – höherer Ladedruck bedeutet aber höhere Ladelufttemperatur, und damit kehrt die Klopfneigung teilweise zurück.

Genau an dieser Stelle wird die Kombination interessant. Miller liefert den Wirkungsgrad über das Kennfeld, Wassereinspritzung liefert den Klopfabstand für die aggressive Aufladung, die Miller im oberen Lastbereich benötigt. Die beiden Maßnahmen adressieren unterschiedliche Engstellen und schließen sich nicht aus.

Praktische Konsequenz: „Miller oder Wassereinspritzung“ ist die falsche Fragestellung. Die Antwort lautet: Miller und Wassereinspritzung. Je höher die spezifische Leistung, desto mehr hängt der Gesamtwirkungsgrad davon ab, dass beide zusammenwirken.

Der Sonderfall cEGR: verwandter Mechanismus, anderer Lastbereich

Gekühlte Abgasrückführung ist die Maßnahme, die der Wassereinspritzung mechanistisch am nächsten kommt. Beide bringen ein inertes, wärmekapazitätsreiches Medium in die Ladung ein, beide senken die Endgastemperatur, beide reduzieren die NOx-Bildung.

Die Unterschiede:

• cEGR ist im Volllastbereich begrenzt, weil die Rückführrate dort die Ladungsmasse und damit die Leistung reduziert. Wassereinspritzung entfaltet ihre Wirkung genau dort am stärksten.
• Wasser hat die deutlich höhere spezifische Kühlwirkung, weil es zusätzlich die Verdampfungsenthalpie einbringt.
• cEGR erfordert ebenfalls eine eigene Strecke mit Kühler, Ventil und Verschmutzungsmanagement.

Beide Maßnahmen teilen sich den Lastbereich: cEGR in der Teillast, Wassereinspritzung im hohen Lastbereich, in dem die Rückführrate nicht weiter erhöht werden kann.

Der Sonderfall Vorkammerzündung: kombinierbar, nicht ersetzend

Die Vorkammerzündung wirkt anders als die drei übrigen Maßnahmen. Sie senkt nicht die Endgastemperatur, sondern verkürzt die Zeit, die die Flammenfront zum Durchqueren des Brennraums braucht. Damit gewinnt sie den Wettlauf gegen die Selbstzündung des Endgases von der anderen Seite.

Ihre Grenze folgt aus ihrem Wirkmechanismus. Sie verkürzt die Brenndauer, senkt aber nicht die Ladungstemperatur und nicht die Abgastemperatur. Damit adressiert sie das Klopfproblem, nicht das thermische Problem. Wo der Bauteilschutz im Abgastrakt die bindende Grenze ist – und genau dahin führt der Wegfall der Kühlanfettung unter Euro 7 –, hilft eine kürzere Brenndauer nicht weiter. Beide Maßnahmen sind daher kombinierbar und in Konzepten mit hoher Leistungsdichte auch sinnvoll kombiniert.

Die vier Fälle, in denen Wassereinspritzung trägt

In vier Anwendungsfeldern gibt es keine Maßnahme, die Verdampfungskühlung ersetzt.

Sehr hohe Leistungsdichte. Oberhalb eines Bereichs, in dem Miller, cEGR und Vorkammer gemeinsam an ihre Grenzen kommen, bleibt die Verdampfungskühlung der einzige verbleibende Hebel mit relevantem Betrag. Hier ist Wassereinspritzung nicht Ersatz, sondern Ergänzung zu allen anderen Maßnahmen.

Dauerhochlastprofile. Wo der Motor über lange Zeit im oberen Lastbereich arbeitet – schwere Zugbetriebe, Off-Highway-Anwendungen, stationäre Aggregate –, dominiert der thermische Bauteilschutz gegenüber dem Zyklusverbrauch. Die Abgastemperaturabsenkung, die in eigenen Messungen 43 bis 92 °C betrug, ist dort ein unmittelbarer Lebensdauerhebel.

Bestandsmotoren und Retrofit. Wo das Brennverfahren nicht mehr geändert werden kann, weil der Motor existiert, fallen Miller und Vorkammer als Optionen weg. Wassereinspritzung im Saugrohr ist die einzige der vier Maßnahmen, die sich ohne Eingriff in Zylinderkopf oder Ventiltrieb nachrüsten lässt.

Wasserstoff- und Gasmotor. Hier ist Wasser kein Effizienzhebel, sondern ein Konzepthebel. Der übliche Weg zum sauberen Wasserstoffmotor ist deutlicher Magerbetrieb mit anschließender SCR-Abgasnachbehandlung. Wassereinspritzung eröffnet den alternativen Pfad: stöchiometrischer Betrieb mit gedämpfter Spitzentemperatur, der einen einfachen Dreiwegekatalysator statt einer aufwendigen Magerstrecke ermöglicht und die Spitzendrücke senkt. Das ist kein Feinschliff an einer bestehenden Architektur, sondern eine andere Systemarchitektur.

Wer Wasserdosierung beherrscht, beherrscht Wassermanagement. Im Wasserstoffmotor ist Wasser ohnehin ein Systemthema – wasserdampfreiches Abgas, Kondensat im Kurbelgehäuse, Anreicherung im Öl. Die Kompetenz für kontrollierte Wasserführung im Motor ist dort unabhängig von der Einspritzung relevant.

Wo Wassereinspritzung den größten Hebel hat

Eigene Prüfstandsergebnisse

Für eine Bewertung des konkreten Falls – welche Maßnahmenkombination bei einem gegebenen Lastprofil und Leistungsziel trägt – sind wir ansprechbar: Kontakt

Quellen

1. Tagungsband des 47. Internationalen Wiener Motorensymposiums, 22.–24.04.2026, Hrsg. B. Geringer, ÖVK, ISBN 978-3-9504969-5-6.
2. Heywood, J. B.: Internal Combustion Engine Fundamentals. 2. Auflage, McGraw-Hill.
3. Pischinger, R.; Klell, M.; Sams, T.: Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine. Springer Vienna.
4. TESONA GmbH & Co. KG: Wassereinspritzung am aufgeladenen Ottomotor – Auswertung der Prüfstandskampagne vom 04.02.2026. Interner Messbericht, Mai 2026.